CN115632226B - 一种双频段基站天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双频段基站天线,包括天线反射腔体以及配置于天线反射腔体内的高频天线和低频天线;高频天线有四个,并呈井字形排列设置于天线反射腔体内,每个高频天线均通过一个高频天线馈电巴伦抬高设置于对应的高频天线发射腔体内;低频天线通过低频天线馈线巴伦抬高设置于四个低频天线的中间位置,且高于所述高频天线;低频天线中的低频天线偶极子环为内缩式环形结构,且其环形上还设置有U形结构。本发明天线采用内缩式环形结构和U形结构结合的方式,可以有效减少低频天线对高频天线的散射,极大的降低了低频天线对高频天线方向图的影响,在保证方向图畸变程度较小的情况下也实现了较低的交叉极化电平。
Description
技术领域
本发明属于天线设计技术领域,具体涉及一种双频段基站天线,用于实现5G基站中700MHz频段的天线与其他频段的基站天线共存。
背景技术
目前,中国4G基站数量约为370万座,依据现实商业需要及技术特征,5G基站数量将约为4G基站的1.5-2倍。中国境内5G基站数量有望达到500-700万座,预计5G时代需要2000-4000万副基站天线。700M频段5G通信网络项目时国际退出的新基建重大建设项目,对我国通信产业发展影响深远。多频段(含700M)4G+5G混合复用天线技术难度大、产品要求高,引领当今天线行业的技术发展方向和性能要求。其中“4448天线”可以解决中国移动2G/3G/4G的共站共址问题,将有效释放铁塔天线天面资源,将成为5G时代传统3/4G基站天线的主流形态。预计随着5G建设进行未来缓解贴面资源紧张问题,“4448天线”将成为主流替代方案,基站天线的发展趋势将向集成化发展,4G、5G天线将集成在一起从而降低成本。
目前常用的双频段基站天线避免遮挡的主要方案有以下几种:
1) 电磁透明天线:主要原理是通过特殊结构的设计或者加载使高频天线在低频天线上产生的散射场减小,从而减小散射场的辐射对高频天线辐射方向图的影响。主要方法有开槽使散射电流方向相反幅度相同而抵消,或者添加合适的枝节使散射电流整体上抵消。该天线的设计比较复杂,需要考虑电磁波的投射系数和极转换问题,一般高频天线的交叉极化电平很难控制。
2) 频率选择表面加载:此方案的核心在于将两个频段的天线被频率选择表面分隔开来,减小相互之间的影响。频率选择表面可以使低频通过,阻断高频,因此高频天线可以放在低频天线上方,高频天线尺寸较小对低频天线影响较小,而低频天线也不会对高频天线造成遮挡。该天线中频率选择表面的添加会使天线的剖面的高度增加,天线需要低剖面设计,会增加设计难度和加工成本。高频天线也会对低频天线的极化和方向图造成影响。
3) 结构复用共口径设计:此方案主要思路在于将两种频段的天线在结构上公用,使辐射口径不存在遮挡,辐射口径面在同一位置,与方案一的区别在于:方案一中低频天线与高频天线在结构上是分离的,高频天线辐射的电磁波要经过低频天线才能辐射到自由空间;而结构复用的方案中低频天线与高频天线结构上也是公用的,高频天线的辐射电磁波不必穿过低频天线,高频天线的辐射口径也是低频天线的辐射口径。结构复用的高低频天线对结构的组装要求比较高,除此之外,高频天线的间距受低频天线的间距影响,无法更自由地调整高频天线的阵元间距,严重影响大规模的阵列设计。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供的双频段基站天线解决了有效减少了低频天线对高频天线的散射的问题。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种双频段基站天线,包括天线反射腔体以及配置于天线反射腔体内的高频天线和低频天线;
所述高频天线有四个,并呈井字形排列设置于天线反射腔体内,每个高频天线均通过一个高频天线馈电巴伦抬高设置于对应的高频天线发射腔体内;
所述低频天线通过低频天线馈线巴伦抬高设置于四个低频天线的中间位置,且高于所述高频天线;
所述低频天线中的低频天线偶极子环为内缩式环形结构,且其环形上还设置有U形结构。
进一步地,所述高频天线包括高频天线基板及布设于高频天线基板上的四个高频天线偶极子环,每个所述高频天线偶极子环为口字形结构。
进一步地,所述高频天线馈电巴伦包括第一高频天线馈电巴伦和第二高频天线馈电巴伦;
所述第一高频天线馈电巴伦和第二高频天线馈电巴伦交叉成十字形结构设置并支撑对应的高频天线。
进一步地,所述低频天线包括低频天线基板及设置于低频天线基板上的四个低频天线偶极子环;
每个所述低频天线偶极子环的一个角内缩弯折形成内缩弯折结构,每个所述低频天线偶极子环中内缩弯折结构所在角的对角相向设置,并位于所述低频天线基板的中心。
进一步地,所述内缩弯折结构所在边上内嵌有U形结构,所述U形结构的长度为高频天线频率的半波长,宽度满足功率容量。
进一步地,所述低频天线馈电马伦包括第一低频天线馈电巴伦和第二低频天线馈电巴伦;
所述第一低频天线馈电巴伦和第二低频天线馈电巴伦交叉成十字形结构设置,并支撑所述低频天线。
进一步地,所述第一低频天线馈电巴伦和第二低频天线馈电巴伦将低频天线馈电巴伦的微带线的单端输入信号经过低频天线馈电巴伦的地形成差分信号,进而将微带线与低频天线偶极子环连接。
进一步地,所述天线反射腔体内底面为天线地。
本发明的有益效果为:
(1)本发明提供的双频段基站天线解决了5G基站中700MHz频段的天线与其他频段的基站天线共存的问题,采用低频弯折环形偶极子减小了对高频天线的遮挡,并加载了U形结构,抵消高频散射电流,二者结合可以有效减少低频天线对高频天线的散射,极大的降低了低频天线对高频天线方向图的影响,在保证方向图畸变程度较小的情况下也实现了较低的交叉极化电平。
(2)本发明中的低频天线采用内缩式环形结构降低了对高频天线的遮挡,减小了高频天线方向图的畸变。
(3)本发明中的内缩式环形结构上加载的U形结构,既可以调整低频天线的频率,也可以使高频天线在U形结构上感应的散射电流相互抵消,也可以降低对高频天线方向图的影响。
附图说明
图1为本发明提供的双频段基站天线的整体3D视图。
图2为本发明提供的基站天线俯视图。
图3为本发明提供的低频天线的内缩式环形结构设计示意图。
图4为本发明提供的低频天线馈电巴伦拆解图。
图5为本发明提供的低频天线S参数。
图6为本发明提供的高频天线S参数。
图7为本发明提供的低频天线辐射方向图。
图8为本发明提供的高频天线辐射方向图。
其中:1、低频天线基板;2、高频天线基板;3、高频天线发射腔体;4、第一低频天线馈电巴伦;5、第二低频天线馈电巴伦;6、第一高频天线馈电巴伦;7、第二高频天线馈电巴伦;8、高频天线偶极子环;9、低频天线偶极子环;10、U形结构;11、天线反射腔体;12、天线地;13、低频天线馈电巴伦的微带线;14、低频天线馈电巴伦的地。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1:
本发明实施例提供了一种双频段基站天线,如图1-2所示,包括天线反射腔体11以及配置于天线反射腔体11内的高频天线和低频天线;
所述高频天线有四个,并呈井字形排列设置于天线反射腔体11内,每个高频天线均通过一个高频天线馈电巴伦抬高设置于对应的高频天线发射腔体3内;
所述低频天线通过低频天线馈线巴伦抬高设置于四个低频天线的中间位置,且高于所述高频天线;
所述低频天线中的低频天线偶极子环9为内缩式环形结构,且其环形上还设置有U形结构10。
在本发明实施例中,图1中的高频天线包括高频天线基板2及布设于高频天线基板2上的四个高频天线偶极子环8,每个所述高频天线偶极子环8为口字形结构;需要说明的是,上述结构的高频天线结构仅为发明的一个实施例,其他结构的双极化天线同样适用于本申请中。
在本发明实施例中,图1中的高频天线馈电巴伦包括第一高频天线馈电巴伦6和第二高频天线馈电巴伦7;
所述第一高频天线馈电巴伦6和第二高频天线馈电巴伦7交叉成十字形结构设置并支撑对应的高频天线。
在本发明实施例中,所述低频天线包括低频天线基板1及设置于低频天线基板1上的四个低频天线偶极子环9;
每个所述低频天线偶极子环9的一个角内缩弯折形成内缩弯折结构,每个所述低频天线偶极子环9中内缩弯折结构所在角的对角相向设置,并位于所述低频天线基板1的中心。具体地,在对低频天线偶极子环9进行内缩弯折形成的内缩弯折结构不直接遮挡高频天线,且内缩弯折后的偶极子环长度与原环形长度一致,针对不同的高频天线外形或者不同的高频天线,其内缩弯折成程度进行适应性调整。
进一步地,本实施例中的内缩弯折结构所在边上内嵌有U形结构10,实现了高频散射电流的抵消。本实施例中的U形结构长度为高频天线频率的半波长,U形结构的宽度满足功率容量,且在满足功率功率的基础上越写越好,一般U形结构的位置在高频天线在低频天线产生散射电流最强的位置。
具体地,在本实施例中,如图3所示,在形成内缩弯折结构的过程中,将传统的环形偶极子图3(a)的一个环的一个角内缩,形成图3(b)所示结构,由于只是环形形状发生了变化,而周长基本保持不变,所以环形结构的谐振频率基本不变,但形状的改变减少了对低频天线下面的高频天线的遮挡,降低了低频天线对高频天线的影响。进一步地,在内缩弯折结构的基础上加载了U形结构10,本实施例的U形结构10有两个作用,一个是可以调整环形的周长,对低频天线的谐振频率进行调节;二是将U形结构10放置在合适的位置,U形结构10上感应的高频散射电流流动时是反向的,可以相互抵消,这也降低了低频天线对高频天线的遮挡。本实施例中的低频天线基板1上的四个低频天线偶极子环9都设置了U形机构,加大了对高频散射电流的抵消,且每个环上加载了如图3(c)所示的U形结构10,也可以加载更多的U形结构10实现更好的减少遮挡的效果,但更多的U形结构10会对低频天线的匹配产生影响,实际使用中需要折中考虑匹配和减少遮挡两种需求,一般每个环形结构设置两个U形结构。
在本发明实施例中,如图4所示,低频天线馈电马伦包括第一低频天线馈电巴伦4和第二低频天线馈电巴伦5;
所述第一低频天线馈电巴伦4和第二低频天线馈电巴伦5交叉成十字形结构设置,并支撑所述低频天线;所述第一低频天线馈电巴伦4和第二低频天线馈电巴伦5将低频天线馈电巴伦的微带线13的单端输入信号经过低频天线馈电巴伦的地14形成差分信号,进而将微带线与低频天线偶极子环9连接,一起将偶极子激励起来;实施例中通过两个低频天线馈电巴伦交叉方式分别激励天线的两个极化。
本发明实施例中天线反射腔体11内底面为天线地12。
实施例2:
本实施例中提供了实施例1中的双频段基站天线的仿真实例:
图5为实施例1中的低频天线的两个端口的S参数,图中可以看出,0.7-1GHz范围内天线实现了宽带的匹配,反射系数(|S11|,|S22|)低于-12dB,两个端口的隔离度(|S21|)高于20dB。
图6为实施例1中的一个高频天线的两个端口的S参数,图中可以看出,1.8-2.1GHz范围内天线实现了宽带的匹配,反射系数(|S11|,|S22|)低于-12dB,两个端口的隔离度(|S21|)高于25dB。
图7为实施例1中的低频天线的辐射方向图,可以看出低频天线的辐射方向朝正上方辐射,天线方向图形状稳定,交叉极化隔离度在主辐射方向正负60度范围内高于8dB。
图8为实施例1中的高频天线的辐射方向图,可以看出虽然有低频天线的遮挡,高频天线的辐射方向依然朝正上方辐射,天线方向图偏转较小,在各个频点形状稳定,交叉极化隔离度在主辐射方向正负60度范围内高于8dB。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此,限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。
Claims (6)
1.一种双频段基站天线,其特征在于,包括天线反射腔体(11)以及配置于天线反射腔体(11)内的高频天线和低频天线;
所述高频天线有四个,并呈井字形排列设置于天线反射腔体(11)内,每个高频天线均通过一个高频天线馈电巴伦抬高设置于对应的高频天线发射腔体(3)内;
所述低频天线通过低频天线馈线巴伦抬高设置于四个低频天线的中间位置,且高于所述高频天线;
所述低频天线中的低频天线偶极子环(9)为内缩式环形结构,且其环形上还设置有U形结构(10);
所述低频天线包括低频天线基板(1)及设置于低频天线基板(1)上的四个低频天线偶极子环(9);
每个所述低频天线偶极子环(9)的一个角内缩弯折形成内缩弯折结构,每个所述低频天线偶极子环(9)中内缩弯折结构所在角的对角相向设置,并位于所述低频天线基板(1)的中心;
所述内缩弯折结构所在边上内嵌有U形结构(10),所述U形结构的长度为高频天线频率的半波长,其宽度满足功率容量。
2.根据权利要求1所述的双频段基站天线,其特征在于,所述高频天线包括高频天线基板(2)及布设于高频天线基板(2)上的四个高频天线偶极子环(8),每个所述高频天线偶极子环(8)为口字形结构。
3.根据权利要求1所述的双频段基站天线,其特征在于,所述高频天线馈电巴伦包括第一高频天线馈电巴伦(6)和第二高频天线馈电巴伦(7);
所述第一高频天线馈电巴伦(6)和第二高频天线馈电巴伦(7)交叉成十字形结构设置并支撑对应的高频天线。
4.根据权利要求1所述的双频段基站天线,其特征在于,所述低频天线馈电马伦包括第一低频天线馈电巴伦(4)和第二低频天线馈电巴伦(5);
所述第一低频天线馈电巴伦(4)和第二低频天线馈电巴伦(5)交叉成十字形结构设置,并支撑所述低频天线。
5.根据权利要求4所述的双频段基站天线,其特征在于,所述第一低频天线馈电巴伦(4)和第二低频天线馈电巴伦(5)将低频天线馈电巴伦的微带线(13)的单端输入信号经过低频天线馈电巴伦的地(14)形成差分信号,进而将微带线与低频天线偶极子环(9)连接。
6.根据权利要求1所述的双频段基站天线,其特征在于,所述天线反射腔体(11)内底面为天线地(12)。
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GR01 | Patent grant | ||
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